发酵技术在农产品加工中的应用研究

摘要 随着科学技术的发展，生物工程技术应用范围日益广泛。发酵技术作为生物工程的一部分，在农产品加工中具有重要的应用价值。发酵技术作为一种古老而又经典的加工方法，具有独特的优势和潜力。发酵技术通过利用微生物的代谢活动，可以改善食品的品质、延长货架期、提高产品的营养价值，同时还可以降低加工成本和环境污染。因此，发酵技术在农产品加工中的应用越来越受到研究者和产业界的关注。针对目前发酵技术在农产品加工中的应用情况进行分析，总结发酵技术的应用现状，以期为提高农产品加工质量提供参考。

关键词 农产品；加工；发酵技术

中图分类号 TS 201.3  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2025）01-0012-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.003

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Application of Fermentation Technology in Agricultural Product Processing

XI Zhi-fang，LI Yu-chun，LIN Yi-yi et al

（College of Horticulture and Food，Guangdong Vocational College of Ecological Engineering，Guangzhou，Guangdong 510520 ）

Abstract With the development of science and technology，the application of bioengineering technology is increasingly extensive.As a part of bioengineering，fermentation technology has important application value in the processing of agricultural products.As an ancient and classical processing method，fermentation technology has unique advantages and potential.Fermentation technology can improve food quality，extend food life，improve nutritional value，and reduce processing cost and environmental pollution by utilizing microbial metabolism.Therefore，the application of fermentation technology in agricultural product processing has attracted more and more attention of researchers and industry.In this paper，the application of fermentation technology in agricultural products processing was analyzed，and the application status of fermentation technology was summarized，in order to provide reference for improving the quality of agricultural products processing.

Key words Agricultural products;Processing;Fermentation technology

基金项目 广东省林业科技创新项目（2020KJCX011）；

广东省林业科技创新项目（2021kjcx010）；广东生态工程职业学院校级精品课程（2020zlgc-xj-jpkc022）；广东生态工程职业学院质量工程项目2021年食品教学团队项目；广东生态工程职业学院校级科研项目（2020kykt-xj-zk07）。

作者简介 奚志芳（1980—），女，黑龙江哈尔滨人，讲师，博士，从事特色林果的加工贮藏、产品开发的教学与科研工作。*通信作者，讲师，博士，从事食品添加剂的绿色合成及应用、食品营养的教学与科研工作。

收稿日期 2023-11-14；修回日期 2024-04-22

当今世界的粮食系统（包括农业和食品加工业）面临着两个重大挑战。第一个是很大一部分农产品在食品加工步骤中损失、丢失和浪费，或者由于缺乏适当的储存设施而导致粮食短缺、食品品质降低和环境污染。比如，水果饮料等食品加工行业产生大量植物废物，包括果肉、果皮和营养含量高的青贮饲料等。现有的“末端处理”技术涉及在将废物排放到环境中之前进行处理或过滤，无法充分利用和开发这些农副产品。第二个问题是农产品加工不能提供一个促进健康饮食的良好选择。很多现代食品中含有过量的糖、精制碳水化合物、加工肉类、人工添加剂、反式脂肪等物质，这些物质是人类肥胖、2型糖尿病（T2DM）、荷尔蒙失衡、心血管疾病（CVD） 和人类神经退行性等疾病的重要发生因素。

发酵技术的应用可以有效解决这些问题。发酵是一项古老的技术，最早是为了保存易腐烂的食品而开发的。研究发现，发酵食品较其制造原料有许多优势，它们更安全、更稳定，并提供独特的感官和营养特性以及治疗特性^［1］，例如，发酵可以有效抑制或消除不同种类的微生物，包括食源性病原微生物和腐败微生物^［1］。发酵可以合成维生素、必需氨基酸和蛋白质等营养物质，从而提高食品的营养价值，促进营养物质的消化吸收，减少抗营养物质如植酸和蛋白酶抑制剂，赋予食品特有的色、香、味和改善食品的质地^［2-3］。并且，通过发酵可以降低食品的毒性，提高食品的安全性。例如，在面团发酵过程中，可以明显减少小麦粉中的赭曲霉毒素A（一种生谷物中的肾毒性霉菌毒素）的含量^［4］。此外，很多研究发现发酵可以使产品产生新的药理作用。例如，在牛奶发酵过程中，形成血管紧张素-1转化酶抑制肽有助于降低血压，同时发酵过程中产生的胞外多糖具有促进抗氧化、抗糖尿病和抗癌^［5］等功能，还能降低血糖、抗腹泻和抗血栓^［5-7］。

发酵也被广泛用于生产独特和新颖的食品^［8］以及将农产品垃圾转化为高价值的食品成分、化学品和生物化学品^［1］，例如，食品调味剂、有机酸^［9］和酶^［10］。

这些优势促进了传统发酵产品产生商业化价值和更多功能型创新产品的开发^［1］。因此，发酵技术的应用为农产品加工带来了一种全新的解决方案。目前发酵技术在农产品加工中应用广泛，如食品领域、农副产品领域、药物领域、其他农产品领域等。该研究综述发酵技术在农产品加工中的应用情况，以期为提高农产品加工质量提供参考。

1 发酵技术

1.1 传统发酵技术

传统发酵技术包括深层发酵 （SMF）和固态发酵（SSF），深层发酵（SMF）是一种微生物在深层培养液中生长的过程，该培养基中不断添加强制性营养物质，以更好地培养微生物，包括在中等发酵和高浓度的封闭反应器中准确地培养选定的微生物^［11-12］。固态发酵（SSF）是一种在制药、纺织、食品等不同行业中应用的发酵技术，使用固体基质支持物代替液体培养基来生产代谢微生物^［13-14］。与深层发酵相比，固态发酵具有直接利用农业和工业残留物作为碳源、成本低廉等优点（表1）。

1.2 新兴发酵工艺技术

新兴发酵工艺的出现就是为了提高传统发酵过程的效率，继而达到控制（操纵）过程变量的目的。比如更换使用的发酵剂菌株、提高发酵过程中特定底物的可用性，以及开发更快发酵和将底物有效转化为所需代谢物的制备方法或制造工艺。非热处理技术如高压处理（HPP）、脉冲电场（PEF）和超声波（US）等可以对发酵过程变量产生积极影响，提高潜在的用于提高食品发酵过程的效率，从而能够生产出在感官属性和营养品质方面具有更好特性的发酵产品。其机制可以概括为：①通过增加微生物膜来增加发酵剂活性，通过在微生物细胞膜上形成可逆孔来提高渗透性和增加传质，从而加速必需营养物质跨细胞膜的运输并消除细胞中的废物^［16-19］。②通过增强膜透化增加酶活性，从而增加酶释放，以及酶构象的变化，从而增加可用活性位点的数量与底物接触并提高酶对底物的亲和力^［20-23］。③对底物进行化学和物理修饰，从而为发酵剂培养和酶活性提供最佳环境。

2 发酵技术在食品加工中的应用

2.1 传统食品与酿酒工业

在传统食品的发展历程中，发酵技术一直伴随着生产过程。我国传统的发酵酱都是以谷类、豆类作为主要原料，在适当的温度、湿度下，经微生物发酵而成的半固态食品或液态食品。常见的植物类发酵酱主要有黄豆酱、甜面酱、豆瓣酱、豆豉、果酱、辣椒酱等。酿醋工艺在我国已有3 000多年的历史，其以曲作为发酵剂，经发酵酿造而成。随着社会发展，酿醋的原料也更加多样化，各类新品种醋被开发，如甜柿子果醋、草莓复合果醋、苹果醋等（表2）。

根据北魏贾思勰所著《齐民要术》，我国形成相对完善的曲酿酒体系已经有1 500多年的历史。在曲酿酒体系中，对制曲的季节、原材料的处理、制曲水分的控制等都有着较为明确的要求，从而保证了酒品的质量。我国曲酿酒技术的发展逐渐形成了具有我国特色的酿酒方法，与国外各类酿酒技术截然不同，体现了属于我国的独特风味。至今，我国的曲酿酒技术仍在世界酿酒领域占据着重要的地位。然而，由于啤酒、白酒等高度酒精饮品的受众相对较小，为了进一步扩大受众群体，各类低度酒饮料相继上市。这些低度酒通常以面包液为基质，结合菌类母液等进行混合发酵。

葡萄酒在我国有着悠久的酿造历史。酿造是一个涉及微生物协同作用的过程，酿酒酵母在整个发酵过程中扮演着关键角色。酿酒酵母具有很强的杀菌能力，它可以与其他微生物竞争营养并抑制其生长。同时，酿酒酵母还能分解葡萄中的糖分、色素等物质，并生成多种酶。不同类型的酿酒酵母产生的酒精含量也有所不同^［2］。酵母在葡萄酒发酵过程中起着重要的作用，如果控制不当，会对葡萄酒的质量产生不良影响。以硫化氢为例，酵母过度繁殖会产生这种污染物，硫化氢具有刺鼻气味，会影响葡萄酒的口感。此外，酵母还可以作为澄清葡萄酒的絮凝剂。但是，酵母对待外界环境的耐受性有限，过度使用或处理不当可能会破坏葡萄酒的口感和风味。

2.2 食品添加剂

目前生物技术在添加剂生产中的作用日益凸显，已经成为食品添加剂生产的重要趋势。如目前生活中常见的各类食用色素、香料等，大部分都是经过发酵技术制备而成的。食用色素是常见的食品添加剂，因此其安全性一直以来都备受人们的关注，发酵技术制备的食用色素无须添加化学品，从而降低了化学合成潜在的风险，且不会增加生产成本，工艺产量高，安全性好，目前已经成为食用色素生产主要技术。传统味精加工过程中采用的是酸法水解技术，而目前则多采用双酶法糖化发酵技术，不仅有效提高了原材料的利用率，还降低了生产的成本。利用发酵技术生产的食用胶有安全、无毒、功能性独特等优势，作为增稠剂、乳化剂、稳定剂或品质改良剂等被广泛用于食品工业内。

2.3 植食性发酵食品

功能性食品生产一直是近年食品行业发展的主要焦点，在开发中多利用食品中的有效成分，这些有效成分经处理后直接进入人体内，对人类的生理功能产生积极的影响。发酵食品的研发和推广不仅使人们的饮食更加丰富多彩，还具有一定的保健和治疗作用，有助于延长寿命。

在谷物、豆类、药用植物甚至乳制品等植食性产品的发酵过程中，通常占主导地位的微生物群落是乳杆菌属、明串珠菌属、乳球菌属和链球菌属。在酒精发酵过程中，酵母菌（酿酒酵母）和乳酸菌占主导地位，而在醋酸发酵过程中，醋杆菌属和葡糖杆菌属的真菌占主导地位，在奶酪发酵过程中，青霉菌属、丙酸杆菌属以及乳酸菌占主导地位。研究表明，发酵食品可用于改善因微生物组多样性下降而引起的健康问题^［25］，比如，乳酸发酵的食物会产生可以调节肠道微生物组的生物活性化合物。一项对Kefir（发酵乳）等发酵食物进行的测试结果表明，食用Kefir有助于消除致病菌螺杆菌并改善乳糖的吸收^［26］。在植物底物的发酵过程中，酸性条件会抑制植酸酶的活性。该酶合成的植酸会螯合植物中的二价金属离子（如Ca²⁺和Zn²⁺），从而降低其生物利用度。而微生物酶和内源植物酶可以改变水果和蔬菜基质的特性，提高各种植物化学物质（多酚、类胡萝卜素和芥子油苷）的生物利用度^［27］。这些植物化学物质具有广泛的抗氧化、抗炎和抗癌活性，还可以控制肥胖、二型糖尿病（T2DM）以及衰老等问题^［27］。当发酵技术应用在功能性饮料上还可在医疗领域展现出潜在的应用前景。例如，Johnson等^［28］从棕榈酒（北苏门答腊岛一种发酵酒精饮料）中分离出一种 T2 菌株，其分子量较低（26～28 kD）。该酶是纤维蛋白溶解酶的潜在来源，可以降解纤维蛋白，口服时可以预防血栓形成。